DE2103076A1

DE2103076A1 - Anordnung zur elektroinduktiven Qualitätsuntersuchung

Info

Publication number: DE2103076A1
Application number: DE19712103076
Authority: DE
Inventors: Karl Gunnar Skultuna Bergstrand (Schweden)
Original assignee: ESSEM METOTEST AB
Current assignee: ESSEM METOTEST AB
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1971-01-23
Publication date: 1971-09-30
Also published as: FR2083900A5; US3694740A; SE347356B; CA930024A; GB1303783A

Description

Essern Metotest AB
Skultuna/Schweden

Anordnung zur elektroinduktiven Qualitätsuntersuohung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektroinduktiven Qualitätsuntersuchung von im wesentlichen langgestreckten Gegenständen, die einen praktisch konstanten Querschnitt

in

haben, wobei zur Ermittlung verhältnismäßig kurzer,/Längsrichtung der Probe verlaufender !Fehlerstellen ein Spulensystem vorgesehen ist, das mindestens zwei Induktionsspulen enthält, von denen in der Probe ein elektromagnetisches PeId induziert wird, woraufhin in der Probe Wirbelströme erzeugt werden. !

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektroinduktive Prüf- bzw. Untersuohungsanordnungen der in der schwedischen Patentschrift Nr. 179 407 beschriebenen Art, obwohl die Erfindung sich auch bei anderen ähnlichen UntersuchungB- bzw. Prüfanordnungen anwenden läßt, beispielsweise bei solchen

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Anordnungen wie sie beschrieben sind im "Hon-Destructive & Testing Handbook¹» Teil 2, Kapitel 38 und 40, Hew York 1949, von Robert McMaster.

Biese bekannten Prüfanordnungen haben Jedoch den Nachteil, fehlerstellen in langgestreckten Gegenständen, d.h. in langgestreckten Proben, die, bezogen auf die Längsrichtung der Probe, verglichen mit der Testanordnung lang sind, unermittelt durch das Prüfgerät hindurchgeführt werden können. Dies beruht auf der Satsache, daß im Falle van längeren fehlern oder fehlerstellen die gegeneinander geschalteten oder ausgeglichenen Spulen, die einen Teil der Meßanordnung bilden, die gleiche Veränderung Ln der Probe feststellen, wodurch das Fehlersignal, d.h. das einer fehlerstelle entsprechenden Signal, in den Spulen ausgeglichen wird. Eine weitergehende Erläuterung dieses Sachverhalts wird im folgenden gegeben:

Es sind bereits mehrere Geräte vorgeschlagen worden, die dazu dienen sollen, die Gefahr zu beseitigen, daß eine längere fehlerstelle das Prüfgerät unermittelt passieren kann. Diese Geräte enthalten normalerweise eine Meßspule, mit der in der Probe ein Magnetfeld erzeugt wird und die eine oder mehrere, normalerweise zwei fühl- bzw. Abtastsonden umgibt. Die Spulen-Sonden-Kombination wird in einer Radialebene um die Längsachse der Probe herumbewegt. Die beiden Sonden sind in Rotationsriohtung hintereinander angeordnet, und jedes Mal, wenn die Spulen-Sonden-Kombination an einer fehlerstelle vorbeibewegt wird, wird die fehlerstelle als eine Veränderung im Magnetfeld von den beiden fühlsonüen festgestellt bzw. ermittelt.

Eine derartige rotierende Anordnung wird manchmal für Gesamtunter Buchungen benutzt, d.h. zur Ermittlung von sowohl in Längsrichtung der Probe verlaufenden langen und kurzen fehlerstellen. Demzufolge muß die kombinierte Spulen-Sonden-Anordnung mit sehr hoher Geschwindigkeit um die Probe rotieren, und «war bezogen auf die Geschwindigkeit, mit der die Probe

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•vorwärtsbewegt wird, so daß auch sehr kurze Fehlerstellen ermittelt werden können.

Die rotierende Spulen-Sonden-Anordnung wird ebenfalls in Verbindung mit einem stationären Prüfgerät der oben erwähnten \rt benutzt, um eine Verringerung der Geschwindigkeit möglich zu machen, mit der die Anordnung um die Probe rotiert. Dies hat jedoch den Kachteil, daß zwei Teststationen angeordnet werden müssen, was auch hinsichtlich des notwendigen Platzbedarfes und zusätzlicher Meßausrüstungen und dergleichen nachteilig ist.

Der wesentlichste Nachteil derartiger rotierender Prüf- bzw. Untersuchungsanordnungen der erwähnten Art besteht jedoch in dem sogenannten Abhebeproblem. Die Amplitude des In den Fühlbzw. Meßsonden erzeugten Signales als ein Ergebnis einer Fehlerstelle In der Probe hängt in großem Umfang von der Kopplung zwischen der Probe und den Spulen ab, d.h. u.a. von dem Abstand zwischen der Spule und der Probe. Die Empfindlichkeit der Anordnung auf Abstandsveränaerungen ist sehr groß, und um diese Veränderungen zu kompensieren, die In der Praxis regelmäßig auftreten, so daß der Signalpegel bei Fehlen von Fehlerstellen im wesentlichen konstant ist, ist es notwendig, hochdynamische Verstärker zu verwenden, die einen hohen Verstärkungsfaktor haben. Bei einer bekannten Anordnung wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers als Funktion des oben erwähnten Abstandes gesteuert, um die Abhebe-Veränderungen zu kompensieren. Selbst wenn solche Signalverstärker in das System eingebaut sind, besteht jedoch eine große Gefahr darin, daß die In Abhängigkeit von Fehlerstellen der Probe erzeugten Signale bei den Abhebe-Veränderungen verloren gehen.

Bei einem Versuch, die Nachteile des Abhebens zu reduzieren, ist die Speiee-Meß-Sonden-Kombination auch In der Weise angeordnet worden, daß sie während der Rotation mit der Probe in

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Eontakt steht. Die Meßanordnung, die mit Hartmet all schuhen versehen ist, wird mittels Gewichten, Federn od. dgl. nachgiebig gegen die Oberfläche der Probe gedrückt.

Durch ein derartiges Vorgehen ist die Abhebe-Veränderung in gewissem Umfang reduziert worden, wobei sich jedoch beträchtliche andere Kachteile insbesondere in Verbindung mit der Abnutzung des Prüfgerätes ergeben haben. Wenn die Untersuchung bzw. die Prüfung beispielsweise bei einer Produktionsstufe durchgeführt wird, bei der die Probe eine hohe !Temperatur hat, ist es nahezu unmöglich, einen dauerhaften Schuh vorzusehen, und es besteht die Gefahr, daß die Probe bzw. der Gegenstand duroh die um sie rotierende Prüfanordnung beschädigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Anordnungen anhaftenden Nachteile zu beseitigen und eine Untersuchung- bzw. Prüfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zu schaffen, die sowohl zur Ermittlung von kurzen als auch zur Ermittlung von langen Fehlerstellen In einer Probe geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung verhältnismäßig langer, sich in Längsrichtung der Probe erstreckender Fehlerstellen ein quer zur Probenlängsrichtung rotierender Heßfühler vorgesehen ist, der mit dem von dem Spulensystem erzeugten elektromagnetischen Feld zusammenwirkt bzw. darauf anspricht und der auch die feldveränderungen mißt bzw. feststellt, die von einer fehlerstelle entlang der Querrichtung um die Probe herum hervorgerufen werden.

Die Meßorgane, die vorzugsweise aus zwei Spulen, zwei Hall-Effekt-Element en od. dgl. bestehen können, sind gemäß weiterer Erfindung nacheinander in dieser Querrichtung, d.h. in Dreh-

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.richtung angeordnet, und zwar, bezogen auf die Längsrichtung der Probe, vorzugsweise ausserhalb des durch die Spulen gebildeten Spulensystems.

Da die Heßorgane bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein passives Element darstellen, das mit dem von einer statischen Anordnung erzeugten Hagnetfeld zusammenarbeitet bzw. darauf ; anspricht, ist der Heßfühler weniger empfindlich für Abhebe-Effekte als es bei bekannten Anordnungen der Pail ist, so daß der Heßfühler frei um die Längsachse der Probe, und zwar im ' Abstand von der Probe, um diese rotieren kann. Selbst wenn ! der Heßfühler dabei die Probe ausnahmsweise berühren sollte, L spielt dieses nur eine untergeordnete Rolle. ™

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigent

Pig. 1 eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektroinduktiven Prüf- bzw. Untersuchungsanordnungj '

Pig. 2 und 3 teilweise im Schnitt schematische Darstellungen von kurzen und langen fehlerstellen in dem mit der erfindungsgemäßen elektroinduktiven Prüfanordnung zu untersuchenden Material;

Pig. 4 in schematischer Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform einer statischen Prüfanordnung|

Pig. 5 in schematischer Darstellung das von der erfindungegemäßen Anordnung erzeugte Magnetfeldes}

Pig. 6 eine Draufsicht auf die in Pig. 1 dargestellte Anordnung, wobei sohematisch das Hagnetfeld und die Wirfeelströme angedeutet sind, die als Ergebnis einer in dem I Probenmaterial vorhandenen Fehlerstelle auftreten) 109840/1038

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flg. 7 ein elektrisches Blockschaltbild der erflndungsgemäßen Prüfanordnung, und

Pig. 8 eine Detaildarstellung des Blockschaltbilües von flg. 7.

Zusammenfafstnd betrifft die Erfindung eine Prüfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur Ermittlung von kurzen als auch, längeren Fehlerstellen der Probe. Zu diesem Zweck umfaßt die erfindungsgemäße Anordnung:

a) ein Spulensystem zur Ermittlung von, bezogen aui die Längsrichtung der Probe, kurzen fehlerstellen und zur Indzuzierung eines Hagnetfeldes in dem zu untersuchenden Material)

b) einen Meßfühler, der z.B. Induktionsspulen, Hall-Ziemente oder dgl. enthält, und um die Probe rotiert, wobei dieser Meßfühler mit dem Magnetfeld zusammenwirkt bzw. darauf anspricht, um, bezogen auf die Längsrichtung der Probe, längere fehlerstellen festzustellen.

In flg. 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Anordnung zur elektroindufctiven Qualitätsuntersuchung einer Probe dargestellt. Um die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel die form eine« Rohres aufweisende Probe 10 sind zwei Spulen

11 imd 12 gelegt. Bei der Untersuchung; wird die Probe 10 beispielsweise in Richtung des Pfeiles A durch die Spulen 11 und

12 hindurehbewegt. An die Spulen 11 und 12 wird von einer (nicht dargestellten) Stromquelle ein Wechselstrom angelegt, so daß ein elektromagnetisches feld erzeugt wird. Das Magnetfeld erzeugt «einerseits Wirbelströme In dem Probematerial, und die im Wirbel st rombild unterhalb der Spulen 11, 12 durch einen fehler im Material, Risse, Einschlüsse, Nadelkörper od. dgl. hervorgerufenen Te ränderungen, wenn die Probe in

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Richtung des Pfeiles A bewegt wird, haben zur Ursache, daß die komplexe Impedanz der Spulen 11, 12 verändert wird. Diese Impedanzveränderung wird mittels einer Differentialsohaltung oder einer Brückenschaltung der Spulen 11, 12 festgestellt bzw. angezeigt, wodurch ein Fehlersignal erhalten wird, welehes Fehler in dem Probematerial anzeigt.

Ausserhalb der Spulen, und- zwar in Längsrichtung des Probenmaterials gesehen, sind zwei auf das Hagnetfeld ansprechende Sonden, 13_t 14 angeordnet, beispielsweise Spulen oder Hall-Effekt-Elemente, die mit dem durch die Spulen 11, 12 erzeugten elektromagnetischen Feld zusammenwirken. Unter "Hall-Effekt-Elemente* werden übliche Hall-Elemente und magnetfeldabtastenden Widerstände, Dioden, Transistoren od. dgl. Elemente verstanden, deren Funktion auf dem Hall-Effekt basiert« Die beiden Sonden 13» 14 können mittels (nicht dargestellter) Einrichtungen um die Probe herumbewegt werden, d.h. quer zur Längsachse der Probe, so wie es durch den Pfeil B In Tig. 1 dargestellt ist.

In den Fig. 2 und 3 ist sohematisch die Wirkungsweise der Prüfanordnung bei einer kurzen oder einer langen Fehlerstelle in dem Probenmateriai dargestellt. Die Ausdrücke ¹¹IcUrZe¹¹ und Klange* Fehlerstellen beziehen sich auf die Erstreokung der Fehler in Längsrichtung des Probenmateriales. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Zeichnung die Stroarichtungen oder die Hagnetfeldllnlen nicht abgebildet.

Bei der Darstellung von Flg. 2 ist davon ausgegangen, daß die Probe 10 eine kurze Fehlerstelle 13 aufweist. Wenn die Probe 10 durch die Spulenanordnung 11, 12 hindurchbewegt wird, wird die Impedanz aufeinanderfolgend In der Spule 11 und dann In der Spule 12 verändert. Diese Impedanzveränderung wird ermittelt und das ermittelte Signal wird dazu benutzt» ein geeignetes Anzeigegerät zu steuern bzw. zu betätigen, so wie

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es im folgenden beschrieben wird. Die Impedanzveränderung In den Spulen wird durch Zusammendrängen oder Ablenken der Wirbelströme hervorgerufen, wenn ein Fehler auftritt.

Bei der Darstellung von Fig. 3 wird davon ausgegangen, daß die Probe eine lange Fehlerstelle 16 aufweist. Wenn die Probe durch die Spulenanordnung 11, 12 hindurchbewegt wird, wird im wesentlichen Ln beiden Spulen 11, 12 die gleiohe Impedanzveränderung auftreten, wenn zwischen den Spulen und der Fehlerstelle 6 die Ln Fig. 3 dargestellte Relativposition erreicht ist. Demzufolge kann es geschehen, daß die Impedanzveränderungen in den Spulen 11 und 12 sich gegeneinander ausgleichen, so daß die Fehlerstelle nicht festgestellt wird, wenn sie das Spulensystem passiert· Dieses Problem läßt sich erfindungsgemäß dadurch ausschalten, daß um die Probe rotierende Magnetfeldsonden 13, 14 verwendet werden. Diese Sonden, die Ln Drehriohtung hintereinander angeordnet und vorzugsweise mittels einer Differentialkopplung aneinander angeschlossen sind, erfühlen, in Drehrichtung gesehen, die Veränderungen, die durch die lange Fehlerstelle 16 in dem Hagnetfeld um das Probenmaterial erzeugt werden, wobei die Sonden bei jedem Vorbeistreifen an der Fehlerstelle ein Ausgangssignal angeben, das Ln der im folgenden beschriebenen Weise ermittelt und angezeigt wird. Die Radialkomponente des Hagnetfeldes an den Sonden 13, 14 erzeugt in der Oberfläche des Probenmaterials 10 stets Wirbelströme. Diese Wirbelströme werden durch eine vorbeistreifende Fehlerstelle abgelenkt und die daraus folgende Veränderung Lm Hagnetfeld wird durch die rotierenden, auf das Hagnetfeld ansprechenden Sonden 13 und 14 erfühlt.

In den Fig. 2 und 3 sind die Fehlerstellen an der Aus senf lache des Probenmaterials dargestellt| durch geeignete Auswahl der Speisungsfrequenz können jedoch auch innenliegende Fehler oder Oberfläohenfehler zusammen mit innenliegenden Fehlern festgestellt werden.

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In Pig. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht die Spulenanordnung zur Ermittlung von kurzen Fehlerstellen und zur Erzeugung des Magnetfeldes aus einer gesonderten Speisespule 17 und den differentialgeschalteten Meßspulen 18, 19. Biese drei Spulen, 17» 13 und 19 sind um die Probe 10 herum angeordnet bzw. herumgelegt, und ausserhalb dieser Spulenanordnung sind die beiden rotierenden Heßspulen oder Hall-Effekt-Elemente 13, 14 angeordnet. Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie die der in Pig. 1 dargestellten Prüfanordnung.

Die Anordnung der Sonden 13, 14 und die Abhebe-Charakteristika der erfindungsgemäßen Anordnung wird im folgenden unter Bezugnahme aui" die Pig. 5 und 6 beschrieben.

Die Magnetfeldlinien 20 um die Spulen 11, 12 ergeben bei Vorhandensein der Probe 10 im wesentlichen das in den Pig. 5 und 6 dargestellte Bild. In dem Probenmateriai werden Wirbelströme erzeugt, die unterhalb der Spulen dem in den Spulen flieseenden Strom I im wesentlichen entgegengerichtet sind. Diese Wirbelströme sind in Pig. 5 durch die Kreuze 21 und die Punkte 22 versinnbildlicht, während sie in Pig. 6 durch die gestriehtelten Pfeile 23 zwischen den und ausserhalb der Spulen 11 und 12 angedeutet sind} das Magnetfeld enthält eine Radialkomponente die nicht vemachläßigt werden kann und die in dem Probenmaterial tangentialgerichtete Wirbelströme erzeugen. Wenn das Probenmaterial im wesentlichen homogen, d.h. frei von Fehlerstellen ist, werden diese Ströme summiert und ergeben eine resultierende Stromkomponente, die im wesentlichen mit den Wirbelströmen 23 übereinstimmt, die durch die Axialkomponente des Magnetfeldes erzeugt wird.

Wenn eine Pehlerstelle, beispielsweise die Fehlerstelle 26 in Pig. 6, durch die Prüfanordnung hindurohbewegt wird, dann

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werden die durch die Radialkomponente des Magnetfeldes erzeugten Wirbelströme dazu gebracht, sich entlang der durch die Bezugszeichen 24 und 25 in Pig. 6 bezeichneten Bahnen zu bewegen. Biese Bahnen bzw. Stromlinien sind in Pig. 6 stark vergrößert dargestellt. Auf diese Weise werden in unmittelbarer Nähe der Fehlerstelle Wirbelstromkomponenten in Axialrichtung des Probenmaterials erhalten, die sich infolge des vorhandenen Dehlers nicht gegeneinander ausgleichen, und es sind im Prinzip die durch die axialgerichteten Wirbelstromkomponenten in dem homogenen Magnetfeld hervorgerufenen Störungen, die von den Sonden 13, 14 ermittelt werden.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die geometrische Gestalt der auf das Magnetfeld ansprechenden Sonden 13, 14 auf den festzustellenden fehler abgestimmt sein muß. Die physikalische Größe der FtIhIspulen 13, 14 in Rotationprichtung muß demzufolge in der gleichen Größenordnung liegen wie die Breite der Fehlerstelle 26 in Rotationsrichtung.

Dadurch, daß die Fühl spulen 13, 14 zwischen den Speisespulen 11 und 12 angeordnet werden, wird der Vorteil erhalten, daß die Größe der Veränderung in den Wirbelströmen mit der Fehlerstelle 26 anwächst, d.h. die ermittelte und angezeigte FeIdveränderung wird größer, als wenn die Fühl spulen in der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Weise angeordnet sind. Es ist jedooh experimentell ermittelt worden, daß die Interferenzen ebenfalls in entsprechendem Umfang verstärkt werden, und es ist demzufolge nicht möglich, den Geräuschabstand bzw. das Signal - «u - Rauschen-Verhältnis zu verbessern, indem die Sonden 13, 14 zwischen den Spulen 11, 12 angeordnet werden.

Aus praktischen Gründen ist ea jedoch vorteilhaft, die Fühlspulen oder Hail-Effekt-Elemente 13, 14 ausserhaib der Spulen 11, 12 anzuordnen, da es unzweckmäßig ist, den rotierenden Ieil der Anordnung innerhalb des stationären Teiles derselben

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zu haben. Die beiden statischen Spulen 11, 12 die zur Ermittlung von kurzen Fehlerstellen geeignet sind, müssen ausserdem in einem in Längsrichtung genau festgelegten Abstand voneinander angeordnet sein, der häufig für die Anordnung der rotierenden Sondenanordnung zu gering ist, so daß dadurch die Wirksamkeit dieser Spulen 11, 12 zur Ermittlung von kurzen Fehlerstellen aufs Spiel gesetzt würde. Dieser Effekt ist mehr ins Detail gehend in der oben erwähnten schwedischen Patentschrift 179 407 erläutert.

Es besteht jedoch die Möglichkeit, die Sonden 13, 14 zwischen den die kurzen Fehlerstellen feststellenden Speisespulen 11, ^ 12 anzuordnen und die gesamte Anordnung um die Probe rotieren ' zu lassen, obwohl ein derartiges Vorgehen bestimmte Kachteile hinsichtlich der Wirksamkeit im System der kurzen Fehlerstellen feststellenden Spulen 11, 12 zur Folge hat. Bei einem derr artigen Vorgehen müssen Schleifringe und Bürsten benutzt werden, um an die rotierende Anordnung Strom anzulegen und von dieser Anordnung Signale weiterzuleiten. Die an die Spulen 11, 12 angelegte Speisespannung liegt in der Größenordnung von 40 V, während die durch kleinere Fehlerstellen erzeugten Fehler signale in der Größenordnung von 10 mV oder darunter liegen. Der Übergangswiderstand zwischen Schleifringen und Bürsten, der stets geringfügig veränderlich ist, kann auf dieBe Weise Signale erzeugen, deren Amplituden gleioh groß (| oder sogar größer sind als die durch einen Probenfehler her- I vorgerufenen Signale. 1

In der Praxis durchgeführte Messungen haben gezeigt, daß die {

das Magnetfeld feststellenden Sonden, 13, 14 eo nah wie Bog- !

lieh an der benachbarten Speisespule 12 angeordnet sein soll- I

ten und ausserdem auch so nah wie möglich an der Probe 10, um f das bestmögliche Signal - zu-Rausohen- bzw. Signal-Stör-Verhältnis zu erreichen. Diese Anordnung 1st allein durch die

in der Praxis verwendete Ausführungsform bestimmt. Wie bereit· *-

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erwähnt, sollen die Sonden 13, 14 vorzugsweise so angeordnet sein, daß sie nur in Ausnahmefällen die Proben 1U während der Rotationsbewegung berühren.

Die Magnetfeld-Fühlsenden 13, 14 können in radialer Richtung .vorzugsweise sehr dünn sein, insbesondere wenn Hall-Effekt-Elemente benutzt werden, so daß die Sonden 13, 14 beispielsweise unter Verwendung eines vorzugsweise aus elektrisch nichtleitendem Material bestehenden dünnen Hohlzylinder in den Ringraum zwischen der benachbarten Spei se spule 12 und der Probe 10 einführbar sind. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, die Sonden in axialer Richtung der Probe 10 in eine Lage zu bringen, die für das Signal-Interfere.nz-7erhalt.nis optimal ist, beispielsweise unmittelbar unter der in den Pig. 1 bis 6 rechts liegenden Kante der Speisespule 12, oder selbst zwischen den beiden Speisespulen 11, 12 wenn eine derartige Lage in gewissen Fällen von Vorteil ist.

Wie es bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt ist, sind die bekannten rotierenden Prüfanordnungen bzw. Prüfeinrichtungen äusserst empfindlich auf Abhebe-Effekte. Dies beruht darauf, daß das Magnetfeld von derartigen Anordnungen sich in großem umfang in Abhängigkeit von der Art und Weise verändert, in der die Anordnung elektromagnetisch mit der Probe gekoppelt ist, d.h. in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Prüfanordnung und dem Probenmaterial. Das Probenmaterial stellt beispielsweise für die rotierende Prüfanordnung eine Belastung dar, so daß die Impedanz der Spulenanordnung sich mit dem erwähnten Abstand verändert. Das Verhältnis zwischen der Speisespannung und dem Fehlersignal von einer kleineren Fehlerstelle liegt auch in diesem Fall in der Größenordnung von 100 oder mehr, so daß demzufolge geringfügige Veränderungen der Spulenimpedanz allein ausreichend sind, um die von den Fehlern herrührenden Signale zu überdecken.

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Mittels der erfindungsgemäeen Anordnung der Speiseßpulen 11, 12 and der rotierenden Sonden 13t 14 lassen sich die in Verbindung mit der Abhebung entstehenden Hachteile beträchtlich vermindern. Eine Abstandsveränderung sswischen den Magnetfeldsonden 13f 14 and der Probe 10 während der Rotation dieser Sonden am die Probe ruft nur eine geringfügige Änderung in der Geometrie zwischen den Magnetfeldlinien 20 and den Fühlsonden 13» 14 hervor, d.h. eine geringfügige Veränderung in der Radialkomponente des resultirenden Magnetfeldes an den Sonden 13, 14 (wobei der Einfloß sämtlicher Yirbelströme eingeschlossen ist). Sie Sonden 13, 14 sind passive Abtastelemente and die Abstandveränderangen haben nicht einen so weit reichenden Einfluß wie im Tall von den bekannten rotierenden Prüfanordnungen, bei denen die Speisung zu der Abtastanordnung mit dem Abstand verändert wird.

In Fig. 7 ist ein Blockschaltbild der erf indungsgemä8en elektroinduktiven Prüfanordnung mit der sage ordneten Ausrüstung dargestellt. Sie folgende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von fig. 1, wobei sich die Abwandlungen von selbst ergeben, die für andere Ausführungsformen, beispielsweise die in flg. 4 dargestellte Ansführungsform der statischen Anordnung zur Ermittlung von kurzen fehlerstellen und zur Speisung des Systems erforderlich sind.

Ein Signal bestimmter frequenz wird von einem Oszillator 30 und einem Verstärker 31 einer Brücke 32 zugeführt, in der die zur Ermittlung von kurzen !Fehlerstellen dienenden Spulen 11 und 12 bzw. die Speisespulen 11 und 12 zwei Äste bilden. Die Brücke 32 ist nicht auf Hull abgeglichen, sondern sie ist so eingestellt, daß sie im Hallsustand eine gewisse Ausgangsspannung, d.h. eine unsymmetrische i Spannung liefert, wenn die sich in Untersuchung befindende Probe keinen fehler enthält» Eine sehr ins einzelne gehende Beeohreibung der Brücke und | ihrer Wirkungsweise ist in des oben erwähnten schwedischen. j Patent 179 409 zu finden. _ ^!

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Bas Insgangssignal von der Brücke 32 wird von einem Trägerwellenverstärker 33 verstärkt, bevor die Amplitude des resultierenden Signals bei einer bestimmten Phasenlage der un- „ syaaetrischen Spannung in einen Detektor 34 festgestellt bzw. angezeigt wird. Dieses Signal wird in einem Verstärker 35 verstärkt und einem Bandfilter 36 zugeführt, intern die Signale ansgefiltert werden, welche keine Fehlerstellen in der Probe repräsentieren. Das Signal von dem Bandfilter 36 steuert eine geeignete, beispielsweise optisch anzeigende Anzeigevorrichtung 37, von der die Probe 1u an der fehlerstelle markiert wird; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dieses eine !Fehlerstelle anzeigende Signal in einem Datenspeicher für die weitere Yerarbeitung zu speichern.

Der rotierende Teil 40, d.h. die Proben 13, 14 in flg. 1, zom !feststellen langer Fehlerstellen ist, wie oben h^ schrieben, magnetisch mit den Spei se spulen 11, 12 In der Brücke gekoppelt. Die Fühl spulen oder Hall-Effekt-Elemente 13, 14 in iem rotierenden Meßfühler 40 sind an den Differentialverstärker 41 angeschlossen, der in dem rotierendem Seil 40 untergebracht ist. Das verstärkte Differenzsignal von dem Differentialverstärker 41 wird über die mit Schleifringen und Bärsten versehene Einrichtung 42 an die nachfolgenden stationären Einheiten weitergeleitet, die in allen wesentlichen Elnze^Jxeiten mit den entsprechenden Einheiten 33 bis 37 des stationären Seiles in dem Meß system identisch sind. Das Signal von dem Differentialverstärker 41 und der Übertragangseinrichtung wird demzufolge einem Srägerwellenverstärker zugeführt, einem Amplituden- und/oder Phasendetektor 44» einem weiteren Signalverstärker 45» einem Bandfilter und einer Anzeigevorrichtung 47.

Die SLemevte 40 bis 42 sind mehr ins Detail gehend in Fig. dargestellt. Die Jühlspulen oder HaIl-Bffekt-Blemente 13, 14 , die im dem rotierenden Meßfühler 40 untergebracht sind,

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sind gegenseitig an den Bezugagrößeneingang 5U des Differentialverstärkers 41 und an ihre zugeordneten Differenaeingänge 51 bzw. 52 angeschlossen. Das Ausgangssignal von dem Verstärker 41 wird dann an die Schleifringe und Bürsten oder eine ähnliche Anordnung in der Übertragungseinheit 42 ■weitergeleitet. Die Unterbringung des Differentialverstärkers in dem rotierenden Meßfühler 40 hat den wesentlichen Torteil, daß der Signalpegel an den Sohle if ringen und Bürsten von einigen Zehntel Mikrovolt auf einige ToIt erhöht wird. Der an die Bürsten in der Übertragungseinheit 42 angeschlossene Trägerwellenverstärker 43 hat vorzugsweise auch eine hohe Eingangsimpedanz, wodurch der Einfluß des Übergangswiderstand^ s bzw. Kontaktwiderstandes zwischen den Schleifringen und den Bürsten vernachlässigbar wird.

Mit der erfindungsgemäßen Prüf- bzw. Untersuchungsanordnung werden somit Signale erhalten, die das Torhandensein von langen und kurzen Fehlerstellen in der Probe anzeigen. Indem die Signale von den Bandfiltern 36 und 46 kombiniert werden, ist es ebenfalls möglich, die Gesamtlänge des Fehlers festzustellen, wenn man die Torschubgeschwindigkeit der Probe 1U und die Rotationsgeschwindigkeit der Fühlsonden 13, 14 kennt, indem einfach die Impulse zwischen dem ersten Signal und dem letzten Signal gezählt werden, die von einer langen Fehlerstelle in einer statischen bzw. feststehenden Meßanordnung 32, 11, 12 erzeugt werden.

So wird mit der Ausführungsform der die kurzen Fehlerstellen anzeigenden Meßanordnung 30 bis 47 des Systems die Signalamplitude bei einer bestimmten Phasenlage der unsymmetrischen Spannung ermittelt, so wie es in dem schwedischen Patent 179 407 beschrieben ist. In ähnlicher Weise wird mit der Anordnung des Systems 40 bis 47 zum Feststellen langer Fehlerstellen die Amplitude des Differenzsignales bei der bestimmten Phasenposition, bezogen auf die unsymmetrische Spannung, festgestellt bzw. ermittelt. Diese Signale, die auf diese

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Veise indirekt eine Information über die Amplitude und die Phase der beiden Fehlersignale enthalten, ergeben eine ausreichende Information hinsichtlich der Größe, Art una Lage des Fehlers bzw. der Fehlerstellen.

Die Prüf- bzw. Untersuchungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist anhand einer Ausführungsform beschrieben worden, bei der die Spulen 11, 12 und die rotierenden Meßeinrichtungen 15, 14 das zu untersuchende Material umgeben. Im Fall von kürzeren hohlen Proben kann die erfindungsgemäße Prüf- bzw. UnterBuchungsanordnung jedoch auch innerhalb des Hohlraumes der Probe angeordnet werden. Dieses kann im Fall von dickwandigen Proben von Bedeutung sein, wenn es erwünscht ist, die Innenfläche derselben auf Fehlerstellen zu untersuchen. Es ist auch möglich, die Speisespulen 11, 12 und die rotierenden Sonden 13, H jeweils auf verschiedenen Seiten des zu untersuchenden Materiales anzuordnen.

Wenn Fehlerstellen in ferritischem Material festgestellt werden sollen, wird die Probe beispielsweise mittels einer zusätzlichen Speisespule bis zur Sättigung magnetisiert. In diesem Fall kann der rotirende Meßfühler auch als ein Feldstreuverlust-Fühler benutzt werden, so daß seine Stellung innerhalb des Systems bzw. seine Anordnung nicht kritisch ist und wobei, falls erwünscht, die Speisespulen 11, 12 ausgeschaltet sein können.

ORIGINAL

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Claims

Patentansprüche

M J Anordnung zur elefctrοinduktiven Qualitätsuntersuchung von im wesentlichen langgestreckten Gegenständen, die einen praktisch konstanten Querschnitt haben, wobei zur Ermittlung verhältnismäßig kurzer, in Längsrichtung der Probe verlaufenden Fehlerstellen ein Spulensystem vorgesehen ist, das mindestens zwei Induktionsspulen enthält, von denen in der Probe ein elektromagnetisches PeId induziert wird, woraufhin in der Probe Wirbelströme erzeugt ' werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung ver- V hält.nismäßig langer, sich in Längsrichtung der Probe (10) erstreckender Fehlerstellen (16) ein quer zur ProbenlängS!- richtung rotierender Meßfühler (13, 14, 40) vorgesehen ist, der mit dem von dem Spulensystem (11, 12) erzeugten elektromagnetischen Feld zusammenwirkt bzw. darauf anspricht und der auch die Feldveränderungen mißt bzw. feststellt, die von einer Fehlerstelle entlang der Querrichtung um die Probe herum hervorgerufen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heßorgane (13» 14), bezogen auf die Längsrichtung der Probe, ausserhalb der Spulen (11, 12) des das elektromagnetische M Feld erzeugenden Spulensystems angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßorgane (13, 14) in einer solchen Bahn um die Längsachse der Probe rotieren, daß sie, abgesehen von Ausnahmefällen, nicht in Berührung mit der Probe kommen.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßorgane zwei Induktionsspulen (13, 14) umfassen, die in Querrichtung bzw. Rotationsriohtung relativ zueinander versetzt angeordnet sind.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßorgane zwei Hall-Effekt-Elemente (13, 14) umfassen, die in Querrichtung relativ zueinander versetzt angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von den relativ zueinander versetzt angeordneten Meßorganen, die in de» Meßfühler (40) untergebracht sind, derart aneinander angeschlossen sind, daß sie sich entgegenwirken.

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale an einen Differentialverstärker (41) angeschlossen sind.

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OfBGlNAL INSPECTED

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